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发布日期:2020-10-12 浏览量:318

2020年5月18日,海南省公布了地方规模《全生物降解塑料制品通用技术要求(DB46/T505-2020)》,确定了8种主要的生物降解塑料。

可降解塑料是指在一段时间后(包括一个或多个步骤)失去一些性能(如完整性、分子量、结构或机械强度)和/或断裂的塑料。试验应采用能反映性能变化的规模试验方法,并根据降解方式和使用周期确定品种。根据设计的最终降解途径,可降解塑料可分为生物分析塑料、可堆肥塑料、可生物降解塑料和热氧化降解塑料。

降解塑料(也称为可生物降解塑料)是指在土壤和/或沙土等自然条件和/或堆肥条件或厌氧消化条件等特殊条件下,被自然界中存在的细菌、霉菌和海藻等微生物降解,最终完全降解为二氧化碳(CO2)或/和甲烷(CH4)、水(H2O)、其元素的矿化无机盐和新的生物质的塑料。

根据原料组成和制造工艺的不同,生物降解塑料可分为天然高分子及其改性材料、微生物合成高分子材料和化学合成高分子材料。

袁泉:塑料智库

生物降解塑料分类:

多羟基脂肪酸酯是微生物通过各种碳源发酵合成的不同结构的脂肪族共聚酯。最常见的有聚3-羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)和PHB与PHV的共聚物(PHBV)。

2)上述生物降解塑料(聚乳酸、聚-己内酯、聚羟基链烷酸酯)加工条件苛刻,产业化存在一些难题。

聚乳酸(PLA)是以乳酸为单体,通过化学合成方法合成的聚酯。

同时,聚己内酯与多种聚合物具有良好的相容性,如聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、橡胶、纤维素和淀粉等。特别是与淀粉共混或共聚,既能保持其生物降解性,又能降低成本。

1聚3-羟基烷酸酯(PHA)

聚-己内酯(PCL)是-己内酯开环聚合得到的低熔点聚合物,熔点只有62。

目前最有前途的生物降解塑料是聚3-羟基链烷酸酯(PHA)、聚乳酸(PLA)、聚-己内酯(PCL)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)。

聚乳酸的降解可分为两个阶段:1)纯化学水解为乳酸单体;2)乳酸单体在微生物的作用下降解为二氧化碳和水。聚乳酸制成的食物杯,只需60天即可完全降解,真正达到生态和经济的双重效果。

聚乳酸具有良好的防潮、防油脂和气密性能。室温下稳定,但温度高于55或在富氧和微生物作用下会自动降解。使用后可以完全被自然界的微生物降解,最终产生二氧化碳和水,无污染,非常有利于掩盖情况。

对聚己内酯降解性的研究始于1976年。PCL在厌氧和好氧条件下完全可以被微生物解剖。与聚乳酸相比,聚己内酯具有更好的疏水性,但降解速度较慢。同时,合成工艺简单,成本低廉。PCL加工性能优异,可用普通塑料加工设备制成薄膜等产品。

生物降解聚酯塑料与同类产品相比的优势;

生物降解塑料聚乳酸的制造过程是:首先将玉米磨成粉末分散淀粉,然后从淀粉中提取出原来的葡萄糖,最后通过类似啤酒的发酵技术将葡萄糖转化为乳酸,再将提取的乳酸制成最终的聚合物——聚乳酸。

2聚乳酸(PLA)

与PCL、PHB、PHA等可降解塑料相比,PBS价格基本持平,没有优势;与其他生物降解塑料相比,PBS具有优异的力学性能,接近PP、ABS塑料;耐热性好,热变形温度接近100,改性后使用温度可超过100,可用于制备冷热饮料包装和饭盒,克服了其他生物降解塑料耐热性低的缺点;加工性能非常好,可以在现有通用塑料加工设备上进行各种成型工艺,具有目前降解塑料的最佳加工性能。同时,大量的填料如碳酸钙和淀粉可以混合得到价格低廉的产品。

PHB是一种热塑性聚酯,广泛存在于自然界,尤其是细菌细胞中。PHB的许多物理力学性能与聚丙烯塑料相近,但具有生物可降解性和生物相容性,在生物体内可完全降解为-羟基丁酸、二氧化碳和水。

以脂肪族琥珀酸和丁二醇为主要原料的PBS,不仅可以通过石化产品满足需求,还可以通过淀粉、纤维素、葡萄糖等天然可再生作物产品进行生物发酵生产,实现了从自然到回归自然的绿色循环生产。而且可以接受生物发酵工艺生产的原料,可以大大降低原料成本,从而进一步降低PBS成本。

聚羟基丁酸酯/PHV共聚物以商品名Biopol出售。Biopol由一系列不同的材料组成。当PHV含量不超过30%时,共聚物的强度和韧性在PHB/PHV为89/11时达到最佳。此类产品可用于食品包装、化妆品、医药、卫生和农业行业。

3聚-己内酯(PCL)

聚乳酸的生产以乳酸为原料。传统的乳酸发酵大多使用淀粉类物质。现在美国、法国、日本等国家已经开发利用玉米、甘蔗、甜菜、土豆等农副产品为原料发酵乳酸,进而生产聚乳酸。玉米是生物降解塑料聚乳酸的首选原料。

1)生物降解塑料(聚乳酸、聚-己内酯和聚羟基链烷酸酯)的致命弱点之一是耐热性差,这影响了其在餐饮领域的应用和推广。

PCL与淀粉共混得到的耐水性好的可降解塑料,价格与纸张相近;采用原位聚合法,-己内酯可以与淀粉接枝,得到性能优异的热塑性聚合物。

聚丁二酸丁二醇酯是一种典型的可生物降解聚酯塑料。它克服了上述弱点,成为生物降解塑料的领导者。广泛应用于包装、餐具、化妆瓶和药瓶、一次性医疗用品、农用薄膜、农药化肥缓释材料、生物医用高分子材料等领域。PBS综合性能优异,性价比合理,具有良好的应用前景。

由这种生物塑料制成的材料可以用于药物输送系统、植入物和一些愈合后对人体无害的装置,但PHB比聚丙烯更硬、更脆。聚羟基丁酸酯与PHV共聚可以改善聚羟基丁酸酯结晶度高、脆性大的弱点,提高其力学性能、耐热性和耐水性。

3)聚乳酸是一种水可降解的生物塑料,在生存过程中是不可接受的。水分子的性能在正常储存和正常使用过程中无法得到保证。

对现有通用聚酯生产设备稍加创新,即可进行PBS生产。目前,国内聚酯设备产能严重过剩,PBS的创新生产为过剩的聚酯设备提供了新的机遇。另外,PBS只在堆肥等特定条件下降解,在正常储存和使用过程中性能非常稳定。

目前,研究最多的制备高分子量聚乳酸的方法是通过丙交酯的开环聚合,丙交酯是由乳酸低聚物高温热解合成的。详细报道了丙交酯开环聚合的反应机理和反应条件。日本三井化学株式会社提议

聚乳酸是一种可生物降解的聚合物,由谷物等可再生资源制成。在聚乳酸的生产中,乳酸单体首先被谷物沉淀物水解为葡萄糖,葡萄糖通过发酵过程转化为乳酸钠。乳酸进一步浓缩,然后根据缩聚(形成预聚物)、热解聚合(形成丙交酯)和开环聚合进行聚合。所得聚乳酸的分子量高达75000克/摩尔。用一般方法只能从乳酸缩聚反应中得到乳酸低聚物。

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